000728388

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL
ESCOLA DE ENGENHARIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA
MARCIO ALBUQUERQUE MOREIRA DA SILVA
REDE DE SENSORES PARA APLICAÇÃO EM 
AGRICULTURA: UM ESTUDO DE CASO
Porto Alegre
2009
MARCIO ALBUQUERQUE MOREIRA DA SILVA
REDE DE SENSORES PARA APLICAÇÃO EM 
AGRICULTURA: UM ESTUDO DE CASO
Dissertação de mestrado apresentada ao 
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, 
da Universidade Federal do Rio Grande do Sul, como 
parte dos requisitos para a obtenção do título de Mestre 
em Engenharia Elétrica.
Área de concentração: Tecnologia de 
Informação e Comunicações
ORIENTADOR: Prof. Dr. Luigi Carro
Porto Alegre
2009
MARCIO ALBUQUERQUE MOREIRA DA SILVA
REDE DE SENSORES PARA APLICAÇÃO EM 
AGRICULTURA: UM ESTUDO DE CASO
Esta dissertação foi julgada adequada para a obtenção 
do título de Mestre em Engenharia Elétrica e aprovada 
em sua forma final pelo Orientador e pela Banca 
Examinadora.
Orientador: ____________________________________
Prof. Dr. Luigi Carro, UFRGS
Doutor pela UFRGS – Porto Alegre, Brasil
Banca Examinadora:
Prof. Dr. Luciano Paschoal Gaspary, PPGC - UFRGS
Doutor pela UFRGS – Porto Alegre, Brasil
Prof. Dr. Altamiro Amadeu Susin, PPGEE - UFRGS
Doutor pelo INPG - Grenoble, França
Prof. Dr. Eric Ericson Fabris, DELET - UFRGS
Doutor pela UFRGS – Porto Alegre, Brasil
Coordenador do PPGEE: _______________________________
Prof. Dr. Arturo Suman Bretas
Porto Alegre, Abril de 2009.
DEDICATÓRIA
Dedico este trabalho à minha família, em especial à minha mãe, Diane, pelo contínuo 
apoio e valorização da minha formação acadêmica, ao meu avô, Manoel, pelo modelo de 
pessoa que sempre foi em minha formação e à minha esposa, Patricia, pelo companheirismo.
AGRADECIMENTOS
À minha filha Bibiana que, mesmo tendo nascido durante a execução deste, permitiu a 
conclusão com sua tranqüilidade.
Ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, PPGEE, e seus professores 
pela oportunidade de realização do curso. Agradeço em especial ao meu orientador, prof. 
Luigi Carro, pelo apoio e direção dados durante todo o trabalho.
Aos colegas da Falker Automação Agrícola, em especial ao meu sócio Alexandre e 
colega Felipe Pohren por auxiliarem na viabilização dos testes para este trabalho.
RESUMO
Este trabalho analisa as possibilidades de aplicação de redes de sensores sem-fio na 
agricultura, dentro do contexto da agricultura de precisão. É feita uma revisão bibliográfica 
genérica sobre redes de sensores sem-fio e específica sobre aplicação em agricultura. 
Oportunidades para aplicação real de redes de sensores neste ambiente são identificadas e 
caracterizadas.
Uma investigação aprofundada do espaço de projeto de redes de sensores é apresentada. Com 
base em trabalhos publicados, é feita uma proposta de dimensões de espaço de projeto, como 
forma de caracterizar diferentes redes. Diversos trabalhos publicados são analisados através 
das dimensões propostas. Os requisitos para redes para uso agrícola são delineados e 
caracterizados nas dimensões de projeto. 
Em um segundo momento, a partir das dimensões propostas, é elaborado um modelo 
matemático para o funcionamento de redes de sensores. Este modelo permite explorar de 
forma rápida todas dimensões do espaço de projeto, verificando o impacto global na rede de 
decisões locais na implementação dos nós. 
Uma rede experimental foi implementada, sendo caracterizada segundo o modelo e 
posteriormente testada em condições próximas às reais de uso. Esta rede permitiu a obtenção 
de dados reais, auxiliou na identificação de oportunidade para uso em agricultura e contribuiu 
na analise de desempenho do modelo proposto.
Palavras-chaves: redes de sensores sem-fio, agricultura de precisão, modelo matemático, 
espaço de projeto
ABSTRACT
This paper analyzes wireless sensor networks application possibilities in precision agriculture. 
A generic bibliographic review in the domain is done as well as a specific review about 
applications in agriculture. Real application opportunities in this domain were identified and 
characterized
A deep investigation on wireless sensor networks design space is presented. A proposition of 
design space dimensions to characterize different networks is made based on published 
papers. Some previous works are analyzed using the proposed design dimensions. 
Requirements to the networks targeting agricultural use are delimited and characterized in 
these design dimensions. 
In a second moment a mathematical model to wireless sensor networks is proposed based on 
the design space dimensions. This model allows rapid design space exploration and also the 
verification of network impact of local node implementation decisions. 
A WSN was implemented and submitted to application tests. It was characterized according 
to the proposed model and also tested in conditions similar to the real ones. The experimental 
WSN allowed real data collection, helped to identified application opportunities in agriculture 
and contributed to analyze the behavior of the proposed model.
Keywords: wireless sensor networks, precision agriculture, design space. 
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO...................................................................................................................12
 1.1. CONTRIBUIÇÕES DESTE TRABALHO.......................................................................................13
 1.2. APRESENTAÇÃO DO TEXTO...................................................................................................13
2. REVISÃO DE LITERATURA..........................................................................................14
 2.1. ASPECTOS GERAIS..............................................................................................................14
 2.1.1. Redes de Sensores Sem-fio.....................................................................................14
 2.1.2. Taxonomia Básica...................................................................................................16
 2.1.3. Aplicações em Agricultura.....................................................................................17
 2.1.4. Trabalhos Atuais.....................................................................................................17
 2.2. MÉTRICAS DE AVALIAÇÃO E ESPAÇO DE PROJETO................................................................18
 2.3. ANÁLISE DE SOLUÇÕES CONHECIDAS...................................................................................21
 2.3.1. Análise Numérica com Mote de Mercado.............................................................21
 2.3.2. Análises de Soluções Publicadas............................................................................24
 2.3.3. Outras Possibilidades..............................................................................................28
 2.4. APLICAÇÃO NA AGRICULTURA.............................................................................................28
3. EXPLORAÇÃO DO ESPAÇO DE PROJETO DE REDES DE SENSORES..............33
 3.1. ANÁLISE DE ALTERNATIVAS DE IMPLEMENTAÇÃO..................................................................33
 3.2. ANÁLISE MATEMÁTICA.......................................................................................................36
 3.2.1. Apresentação do Modelo Matemático...................................................................37
 3.2.2. Exemplos de Potencial do Modelo Matemático....................................................45
4. DESCRIÇÃO DA IMPLEMENTAÇÃO DE TESTES...................................................52
 4.1. DESCRIÇÃO DE HARDWARE.................................................................................................52
 4.2. DESCRIÇÃO DE SOFTWARE..................................................................................................535. ENSAIOS E RESULTADOS.............................................................................................57
 5.1. CARACTERIZAÇÃO DO CONJUNTO DESENVOLVIDO.................................................................57
 5.1.1. Testes de Consumo do Microcontrolador.............................................................57
 5.1.2. Variação de Potência de Transmissão...................................................................59
 5.1.3. Testes de Software e Roteamento..........................................................................63
 5.1.4. Parâmetros para o Modelo Matemático...............................................................65
 5.2. TESTES DE LONGA DURAÇÃO..............................................................................................66
 5.3. ANÁLISE DE RESULTADOS...................................................................................................69
 5.3.1. Limitações do Modelo Matemático.......................................................................72
6. CONCLUSÃO E POSSIBILIDADES FUTURAS...........................................................75
. APÊNDICE A: FIGURAS DA IMPLEMENTAÇÃO DE HARDWARE.......................79
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1 Mote TELOS, da Crossbow. Foto de (POLASTRE, 2004)..................................21
Figura 2 Diagrama com opções de implementação ............................................................35
Figura 3 Diagrama ilustrativo do consumo de um estado...................................................38
Figura 4 Diagrama de distribuição regular de nós em uma área hipotética.....................44
Figura 5 Número de nós necessários para compor a rede em função da distância entre 
nós para 3 tamanhos de áreas................................................................................................45
Figura 6 Autonomia da rede em dias em função da distância entre nós para 3 tamanhos 
de áreas....................................................................................................................................46
Figura 7 Autonomia da rede em dias em função da distância entre nós para 3 tamanhos 
de áreas com extrapolação da distância................................................................................47
Figura 8 Carga de roteamento em função da distância entre nós .....................................48
Figura 9 Potência total e componentes em função da distância entre nós.........................48
Figura 10 Participação dos elementos de potência na potência total em função da 
distância entre nós...................................................................................................................49
Figura 11 Autonomia da rede em função da distância entre nós para 3 diferentes 
períodos de amostragem e transmissão.................................................................................50
Figura 12 Autonomia da rede em função da distância entre nós para 3 diferentes 
períodos de amostragem e transmissão com extrapolação da distância............................50
Figura 13 Participação dos elementos de potência na potência total em função do 
período de amostragem..........................................................................................................51
Figura 14 Placa Montada de um Nó da Rede.......................................................................53
Figura 15 Capturas de telas do osciloscópio utilizadas para determinação do consumo 
do microcontrolador...............................................................................................................58
Figura 16 Possibilidades de orientação entre emissor e receptor.......................................60
Figura 17 Variação do alcance em função do consumo para algumas orientações..........62
Figura 18 Medição do consumo em 4 nós da rede demonstrando sincronismo nos estados 
ativos.........................................................................................................................................63
Figura 19 Medição do consumo em 4 nós da rede demonstrando troca de mensagens em 
um estado ativo........................................................................................................................64
Figura 20 Exemplo de configuração de testes de roteamento.............................................65
Figura 21 Nós protegidos no teste de longa duração...........................................................67
Figura 22 Disposição da rede no teste de longa duração.....................................................68
Figura 23 Variação da temperatura ambiente medida pelo nó 2 ao longo de uma semana
...................................................................................................................................................68
Figura 24 Previsão de autonomia em dias para a rede de testes para 3 períodos de 
comunicação: 30, 600 e 1800 segundos, em função da distância........................................70
Figura 25 Participação de diferentes elementos da potência na potência total em função 
da distância entre nós.............................................................................................................71
Figura 26 Parte central do esquemático eletrônico da placa..............................................79
Figura 27 Ilustração de uma das camadas do layout da placa. Dimensões em mm.........80
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 Dimensões do Espaço de Projeto...........................................................................20
Tabela 2 Estimativas de consumo de mote Telos.................................................................23
Tabela 3 Estimativas de consumo de mote Telos com roteamento....................................24
Tabela 4 Dados de Projetos Publicados................................................................................26
Tabela 5 Requisitos para uso em agricultura.......................................................................31
Tabela 6 Dimensões de projeto x tipo de definição..............................................................33
Tabela 7 Resultados de testes de consumo do microcontrolador.......................................58
Tabela 8 Resultados de testes de consumo do CI de Rádio.................................................61
Tabela 9 Variação de Alcance em função da potência de transmissão..............................61
LISTA DE ABREVIATURAS
CI: Circuito Integrado
DCO: Digitally Controlled Oscilator, Oscilador controlado digitalmente
GPS: Global Positioning System, Sistema de posicionamento global
ISO: International Organization for Standardization, Organização Internacional para 
Padronização
OSI: Open Systems Interconnection, Interconexão de sistemas abertos
TIMAC: Texas Instruments Medium Access Control
WSN: Wireless Sensor Network, Redes de sensores sem-fio
12
1 INTRODUÇÃO
Os avanços da produtividade na agricultura brasileira e mundial nas últimas décadas 
têm sido obtidos com uso de muita tecnologia, em função de avanços agronômicos e da 
biotecnologia. Mas, nos últimos anos, tem contribuído para o incremento de produtividade o 
aumento do uso de tecnologia eletrônica, dentro do contexto chamado de agricultura de 
precisão, que tem por base o tratamento diferenciado de cada porção das lavouras de acordo 
com as suas necessidades e características específicas. A agricultura de precisão só é possível 
em larga escala com o uso do GPS (Global Positioning System – Sistema de posicionamento 
global) para posicionamento e localização exata de cada parte da lavoura, associado a 
métodos de coleta de dados e aplicação de insumos com controle eletrônico.
Atualmente, os instrumentos usados para coleta de dados não permanecem nas 
lavouras. As informações são colhidas esporadicamente, quando é feita uma operação 
específica de amostragem. A quantidade de informação disponível é pequena, correspondendoàs vezes que se foi a campo coletá-las. O que de fato ocorre na lavoura nos grandes intervalos 
de tempo entre as amostras não pode ser determinado.
Uma necessidade cada vez maior de informação no contexto da agricultura de precisão 
torna atrativa a possibilidade de dispor de dados da lavoura de forma contínua, através de 
sensores que permaneçam em campo. Dados como umidade, temperatura, níveis de alguns 
elementos químicos, monitores de pragas e outros, se disponíveis continuamente, poderiam 
abrir novas portas para a agricultura de precisão, que hoje completa seus ciclos com dados 
anuais ou sazonais, correspondentes às safras.
As informações colhidas por sensores em campo devem estar disponíveis para os 
tomadores de decisão de forma prática, econômica e eficiente. Pelos ciclos agronômicos e 
biológicos possuírem tempos relativamente longos, se comparados com sistemas eletrônicos 
ou aplicações como automação industrial, não é necessário que as informações estejam 
disponíveis em tempo-real. No entanto, para algumas aplicações, como sistemas de irrigação, 
esta característica poderia ser conveniente.
Este trabalho é focado na infraestrutura de rede necessária para fazer com que os 
dados dos sensores em campo sejam coletados e disponibilizados para o agrônomo 
responsável pela lavoura. Os sensores em si não são foco do trabalho, pois considera-se que 
são de tecnologia já disponível ou adaptação de tecnologia já disponível para outras 
13
aplicações. A infraestrutura, ao contrário, possui requisitos e características que a diferenciam 
de outras aplicações.
1.1 CONTRIBUIÇÕES DESTE TRABALHO
A primeira contribuição deste trabalho é analisar a aplicação de redes de sensores em 
agricultura, apresentando requisitos de forma mensurável.
A contribuição principal foi o desenvolvimento de um modelo matemático que permite 
explorar o espaço de projeto das redes de sensores.
Foi também implementada uma rede de sensores para testes, que permitiu a obtenção 
de dados experimentais, que é outra contribuição deste trabalho.
1.2 APRESENTAÇÃO DO TEXTO
Na parte inicial deste trabalho é apresentada uma pesquisa bibliográfica da base de 
redes de sensores e aplicações já relatadas em agricultura. Determinam-se dimensões de 
espaço de projeto para redes de sensores, fazendo-se em seguida uma análise de soluções já 
conhecidas através destas dimensões. 
No capítulo 3 é feita uma exploração do espaço de projeto de redes de sensores. O 
modelo matemático é apresentado no capítulo 3.2. A implementação de testes é apresentada 
no capítulo 4. Os testes e a comparação entre dados reais e calculados são apresentados no 
capítulo 5.
14
2 REVISÃO DE LITERATURA
2.1 ASPECTOS GERAIS
2.1.1 Redes de Sensores Sem-fio
As redes de sensores sem-fio, chamadas na bibliografia internacional comumente 
como Wireless Sensor Networks (WSN), são compostas por dispositivos com capacidade para 
coleta de informações por sensores embarcados, com capacidade limitada de processamento, e 
possibilidade de armazenamento e transmissão de dados. 
Os dispositivos são posicionados junto ao ambiente que devem monitorar, captando 
diretamente as informações. Cada dispositivo que constitui um nó da rede é denominado na 
bibliografia internacional de “Mote”. Um conjunto de sensores pode monitorar um fenômeno 
físico de interesse de forma eficiente, econômica e confiável. Pela rede, as informações são 
transmitidas de forma contínua ou em períodos pré-determinados. (TILAK, 2002; POTTIE, 
2000)
As redes de sensores constituem uma nova classe computacional, o que confirmaria a 
lei de Bel, que aponta o surgimento periódico de novas classes. Esta classificação ocorre pois 
as redes possuem transferência continua de dados com o mundo físico e exigem paradigmas 
de programação específicos, prevendo processamento distribuído e limitações de consumo. 
(POLASTRE, 2004)
As aplicações possíveis são muitas, existindo trabalhos que citam o uso de WSN da 
medicina até a automação industrial. Por suas características, as redes de sensores sem-fio são 
interessantes para utilização onde se deseja monitoração constante de variáveis físicas, de 
forma autônoma, e com pouco interferência no meio monitorado. Assim sendo, monitoração 
de ambientes, para fins climáticos, científicos e ecológicos está entre as principais aplicações 
divulgadas. Aplicações militares, como forma de monitorar áreas de combate ou perigo estão 
também entre as primeiras possibilidades estudadas. Aplicações em engenharia também são 
possíveis, como monitorar estruturas de grandes obras civis ou em automação industrial, 
como forma de reduzir custos com a conexão de sensores. (CLAUBERG, 2004; TILAK, 
2002; RÖMER, 2004; POTTIE, 2000; POLASTRE, 2004)
15
Aplicações em agricultura são uma das possibilidades imaginadas, sendo uma 
derivação das aplicações para monitoração ambiental. As redes de sensores existentes são, em 
sua imensa maioria, específicas para as aplicações a que se destinam (ad hoc), pois a relação 
íntima com o fenômeno e/ou ambiente monitorado impõem uma série de requisitos 
específicos.
No projeto das redes de sensores, diversos aspectos devem ser considerados. Todas as 
questões que fazem parte do projetos de redes de comunicação, desde o meio físico de troca 
de mensagens até o nível de aplicação devem existir. Aspectos de todas as camadas 
intermediárias do modelo OSI (Open Systems Interconnection) definido pela ISO 
(International Organization for Standardization) devem ser considerados no projeto. Em 
relação aos projetos tradicionais, existe restrição de recursos computacionais e energéticos 
nos nós da rede. Pontos corriqueiros em redes, como colisões, retransmissões e observação do 
meio físico devem ser limitados. Existe na bibliografia (KARL, 2007) relato de diversas 
possibilidades de implementação para cada uma das camadas de comunicação para redes de 
sensores.
De forma geral, a operação básica das redes de sensores consiste em realizar a coleta, 
armazenamento e envio de dados em períodos cíclicos, ficando o menor tempo possível a 
realizar estas operações. Entre um conjunto de operações e outro, os nós da rede passam a um 
estado de espera com baixo consumo de energia. Tipicamente, este estado de espera 
corresponde a mais de 99% do tempo de operação, sendo todo o projeto da rede feito para que 
as funções de maior demanda sejam feitas de forma mais rápida possível, para que cada nó 
possa retornar o quanto antes para o estado de baixo consumo. Por esta lógica, busca-se a 
máxima autonomia das redes.
Existem relatos de mais de 40 arquiteturas diferentes para o hardware dos motes da 
rede (YANG, 2006). Apesar das diferenças de construção e aplicação alvo, a imensa maioria é 
composta por quatro elementos básicos:
• Um microcontrolador
• Um conjunto de sensores
• Uma solução para transmissão e recepção de comunicação por rádio
• Memória não-volátil
Em torno das escolhas para estes quatro elementos existem diversas opções de projeto 
discutidas em capítulos seguintes.
16
2.1.2 Taxonomia Básica
Por ser um campo de pesquisa novo, a taxonomia usada não é padronizada entre os 
trabalhos publicados. Apesar de monitorarem muitos casos específicos que contém muitas 
particularidades, as redes de sensores possuem uma série de conceitos em comum. Alguns 
trabalhos já tratam de organizar este conceitos, fato importante para uma comparação 
científica entre redes.
Tilak et al. (2002) tratam de organizar alguns pontos fundamentais, definindo uma 
taxonomia básica. Os sistemas são constituídos por 3 elementos: sensores, observador e 
fenômeno. O sensor é o dispositivo que monitora, sendo um nó da rede e incluindo não 
apenas o elemento sensor mas o conjunto eletrônico como umtodo. O observador é o usuário 
final da informação coletada. Por fim, o fenômeno é a entidade na qual o observador tem 
interesse e está sendo monitorada.
Neste trabalho, o “sensor”, como definido na referência, é também referido como nó 
da rede ou mote. O dispositivo através do qual o usuário observador monitora a rede não é 
definido de forma específica na referência. Em trabalhos publicados normalmente existem 
dispositivos na rede que concentram dados ou dão acesso aos dados da rede. Estes 
concentradores ou gateways podem em alguns casos se confundir com o próprio usuário 
observador.
A arquitetura da rede de sensores pode ser dividida em três níveis: infraestrutura, 
protocolo da rede e aplicação. A infraestrutura são os sensores em si e sua estratégia de 
utilização. O protocolo de rede é responsável por construir os caminhos entre sensores e 
observador. Já a aplicação reflete o interesse do observador, que pode ser traduzido em 
requisições de informação, por exemplo.
As redes também podem ter diferentes estratégias de entrega dos dados para o 
observador. A entrega pode ser contínua, quando os dados sempre são enviados em intervalos 
de tempo definidos, ocorrer como resposta a determinado evento (event-driven), ser solicitada 
pelo observador ou, por fim, ser híbrida.
A dinâmica da rede pode ser analisada, existindo as redes totalmente estáticas, onde 
nenhum elemento se move, e as dinâmicas. O elemento que se move pode ser qualquer um 
dos três básicos (sensores, observador e fenômeno). Exemplos de redes com fenômeno móvel 
são a monitoração de eventos climáticos como tornados ou deslocamento de manchas de óleo 
17
em águas. Observador móvel ocorre, por exemplo, quando um avião coleta dados de sensores 
no campo. 
Esta taxonomia básica proposta por Tilak et al. possui limitações, mas desde sua 
publicação em 2002 já foi citada em mais de 400 trabalhos e não foi proposta nenhuma mais 
completa. Não é uma taxonomia completa como existente em assuntos correlatos 
(DOEBLING, 2003), porém, para os objetivos deste trabalho, considera-se que a taxonomia 
básica atende às necessidades.
2.1.3 Aplicações em Agricultura
Apesar de ser uma possível aplicação citada em diversos trabalhos (CLAUBERG, 
2004; RÖMER, 2004; RAMANATHAN, 2006), poucos casos específicos sobre o uso real de 
redes de sensores em agricultura existem. Dois trabalhos citam uso real de redes de sensores 
em campo, para atividades ligadas à agricultura. Burrel et al. (2004) fala da aplicação para 
monitoração de vinhedos. Baggio (2005) mostra a aplicação em plantação de batatas, para 
monitorar possibilidade de desenvolvimento de fungos, através de variáveis como umidade e 
temperatura.
Outros trabalhos como (CAMILLI, 2007) abordam o uso de redes de sensores em 
agricultura por simulação ou do ponto de vista conceitual, sem informações da aplicação 
prática. No entanto, como Szewczyk et al. mostram em (SZEWCZYK, 2004), pela íntima 
relação que existe entre as redes de sensores e o ambiente, muitos fatores não podem ser 
preditos teoricamente ou por simulações.
2.1.4 Trabalhos Atuais
O tema de redes de sensores teve grande aumento do número de pesquisas nos últimos 
anos. Diversas frentes de investigação foram abertas, incluindo desde a análise de elementos 
da rede, protocolos de comunicação, possibilidades de aplicação, topologias de redes, 
dimensionamentos teóricos, sistemas operacionais e programação da aplicação. Rápida 
pesquisa em ferramentas como Google por termos como “wireless sensor networks” mostra 
centenas de milhares de trabalhos publicados.
A forma de acesso aos dados também está sendo estudada. Enquanto muitas das 
aplicações ainda prevêem a rede de sensor como uma forma de coletar dados, agrupando-os 
em local externo à rede, alguns trabalhos (COMAN, 2004) propõem ver a rede como um 
18
banco de dados. Os dados coletados ficariam nos sensores e havendo um interesse do 
observador este faz uma consulta à rede.
No entanto, ainda são poucos os trabalhos que apresentam dados reais, como 
(BAGGIO, 2005; SZEWCZYK, 2004; BURREL, 2004) . Szewczyk et al (2004) indica que as 
experiências práticas em campo apontam questões não totalmente previstas teoricamente e de 
importância fundamental para o funcionamento de redes, como falhas de hardware e detalhes 
de comportamento do software. Outros trabalhos como (WANG, 2006; BAGGIO, 2005; 
CAMILLI, 2007) apontam para a necessidade de mais experiências práticas com redes de 
sensores, para verificação das previsões. Em palestras e eventos, pesquisadores da área 
apontam diferentes motivos para a não disseminação da tecnologia em larga escala, apesar de 
todos avanços já feitos. Entre os principais estariam a falta de padrões para avaliação da 
qualidade de serviço e falta de segurança nas redes. Estes podem ser aspectos críticos em 
algumas aplicações, para as quais existem requisitos de qualidade estabelecidos, como 
automação industrial, mas não justifica a não-disseminação em diversas outras áreas, como na 
agricultura.
Com este grande desequilíbrio entre número de trabalhos científicos e quantidade de 
aplicações práticas, testes reais e em mais aplicações são uma contribuição importante para 
viabilizar a disseminação das redes de sensores ou auxiliar a identificar os fatores limitantes 
para aplicações práticas.
2.2 Métricas de Avaliação e Espaço de Projeto
A análise do desempenho e projeto de redes de sensores depende de métricas de 
avaliação. Diferentes trabalhos utilizam diferentes métricas, muitas vezes relacionadas a 
aplicações específicas de redes analisadas.
Dois trabalhos (TILAK, 2002; RÖMER, 2004) mostram diferentes abordagens para a 
análise comparativa de redes com características diferentes. Tilak et al. com o objetivo de 
criar uma taxonomia para redes de sensores, definem cinco métricas de performance. Já 
Römer determina todas possíveis dimensões do projeto das redes de sensores, não 
diferenciando o que são critérios de avaliação, deixando esta avaliação dependente da 
aplicação.
Para Tilak et al, são métricas de performance:
• Eficiência energética, evidenciada pela vida útil do sistema ou autonomia, se 
fonte de energia puder ser trocada.
19
• Latência, que determina o atraso para o observador ter a informação sobre o 
fenômeno físico.
• Acurácia da informação fornecida ao observador em relação a situação física 
real.
• Tolerância a falhas para manter o funcionamento mesmo com problemas 
localizados.
• Escalabilidade para permitir aplicação em larga escala.
Römer e Mattern propõem a análise de 11 dimensões de projeto das redes de sensores 
e para muitas delas propõem uma classificação. Algumas das dimensões coincidem com 
métricas de avaliação propostas no trabalho de Tilak et al.
A análise de todas as possibilidades existentes nos projetos de redes de sensores como 
dimensões de projeto é uma abordagem mais genérica e será usada neste trabalho. Não são 
definidas previamente quais das dimensões serão métricas de avaliação de desempenho. 
Agrupando as dimensões propostas pelos dois artigos citados nesta seção, serão consideradas 
12 dimensões, descritas na tabela 1. Definições em uma das dimensões muitas vezes 
ocasionarão restrições em outras.
20
Tabela 1 Dimensões do Espaço de Projeto
Dimensão Descrição
Eficiência Energética Eficiência com que a rede utiliza a energia, podendo ser medida, por 
exemplo, em operações executadas ou bytes transmitidos por unidade de 
energia. Depende do projeto de hardware dos nós da rede. 
Recursos Dimensão abrangente que indica quantidade de recursos utilizados na 
rede, mais especificamente em cada nó. Engloba dimensõesde projeto 
intimamente relacionadas e interdependentes como custo, memória, 
tamanho e energia disponível. Esta dimensão pode ser resumida pela 
indicação do tamanho total de cada, simplificando a disponibilidade dos 
demais recursos, pelo que é viável no tamanho. Usam palavras-chave 
para o tamanho, como “tijolo”, “caixa-de-fósforo”, “moeda”, “grãos” e 
“poeira”.
Latência de 
Comunicação 
(Conectividade da 
Rede ou Taxa de 
Comunicação) 
Reflete as escolhas do projeto sobre a estratégia para levar dados do 
fenômeno para o observador, indicando o tempo entre a ocorrência do 
fenômeno e os dados estarem disponíveis ao observador.
Freqüência de 
Aquisição
Indica a taxa com que dados serão coletados sobre o fenômeno. Quanto 
maior a taxa, maior a representatividade dos dados.
Dinâmica dos 
Elementos da Rede
São decisões conceituais para melhor cobrir o fenômeno de interesse. 
Os elementos podem ser móveis ou estáticos, os deslocamentos podem 
ser ocasionais ou contínuos.
Modelo de 
Comunicação
Definições sobre como será feita a comunicação, incluindo modalidade 
de transferência de dados, infraestrutura e topologia da rede.
Distribuição do 
processamento
A estratégia de processamento que será adotada, indicando onde na rede 
será feita e com qual distribuição entre os elementos da rede.
Tamanho da Rede Número de nós na rede e número máximo possível, indicando a 
escalabilidade da solução.
Densidade da Rede Indica a concentração de nós por espaço físico. Relacionada com outros 
fatores, como acurácia na cobertura do fenômeno observado e no 
consumo de energia nas comunicações.
Heterogeneidade Definição se a rede será composta apenas por um tipo de nó ou se terá 
componentes com funções diferentes. A diferença pode estar em nós 
com capacidades especiais de aquisição, com diferentes tipos e sensores 
ou na função na rede, tendo, por exemplo, nós especiais para roteamento 
ou concentradores de informação
Utilização/Posiciona-
mento 
Característica do posicionamento dos elementos da rede, que pode ser 
aleatória ou pré-determinada, fruto de planejamento.
Autonomia Duração útil do sistema, considerado o suprimento de energia. Tempo 
após o qual é necessário intervenção do usuário, normalmente para 
substituir baterias. É, normalmente uma dimensão cujo valor é resultado 
das definições feitas nas demais.
20
21
2.3 Análise de Soluções Conhecidas
A literatura possui dados sobre soluções já projetadas e algumas já testadas. A 
empresa americana Crossbow (www.xbow.com) possui inclusive algumas soluções 
disponíveis comercialmente, baseadas em resultados de projetos acadêmicos. Os dispositivos 
projetados para serem nós de redes de sensores, pequenos circuitos microcontrolados, de 
baixo consumo, com comunicação por rádio e equipados de sensores ficaram conhecidos 
como “motes”.
Antes de analisar os requisitos para aplicação em agricultura, neste capítulo é feita 
uma análise sobre as soluções já existentes. Inicialmente são mostradas estimativas 
considerando dados disponíveis das soluções comerciais existentes. Na segunda parte deste 
capítulo, são analisadas informações sobre os projetos já publicados.
2.3.1 Análise Numérica com Mote de Mercado
Os requisitos para aplicações em agricultura são discutidos no próximo capítulo, mas, 
nesta análise alguns aspectos já são considerados, principalmente relativos ao consumo de 
energia. 
Entre os modelos comerciais, o mote Telos, da Crossbow está entre as alternativas 
mais difundidas, novas e apresentando baixo consumo. Este projeto foi originado em trabalho 
da Universidade da Califórnia, Los Angeles (UCLA) (POLASTRE, 2004), um dos principais 
centros de pesquisa no assunto. Pela quantidade de informações encontradas na bibliografia, 
esta arquitetura foi escolhida como referência para estudo inicial.
Figura 1 Mote TELOS, da Crossbow. Foto de (POLASTRE, 2004)
Este mote apresenta um processador da Texas Instruments da família MSP430. É um 
processador de 16 bits de baixo consumo (TEXAS INSTRUMENTS, 2006a). Uma rede com 
este dispositivo, em termos de recursos, poderia ser caracterizada como “caixa de fósforo”, 
21
22
conforme proposto por (RÖMER, 2004). Dados do fabricante indicam alcance de 
comunicação na faixa de 100 m quando utilizado a céu aberto, com taxa de transmissão de 
250 kbps. 
Pelos dados de baixo consumo, este modelo foi escolhido para uma análise numérica 
preliminar de viabilidade de utilização em agricultura ou ao menos servir como referência de 
solução a ser buscada em trabalho futuro. Esta análise foi feita em momentos iniciais do 
trabalho e forneceu informações que encorajaram a sua continuidade.
Para esta análise preliminar, as seguintes hipóteses foram formuladas e consideradas:
• O mote fará aquisição de dados a cada meia hora, taxa suficiente pois as 
variáveis ambientais em agricultura possuem variação lenta.
• A cada hora, o mote juntará dados de dois conjuntos de aquisições e transmitirá 
um pacote de dados de 1 kb. 
• A quantidade de dados recebidos de outros elementos da rede que sejam de seu 
interesse para o mote é equivalente a quantidade de dados transmitidos por ele.
• Cada nó guarda os dados em memória local até o momento da transmissão.
• O mote será alimentado com pilhas com capacidade de 2200 mAH (referência 
pilhas alcalinas tamanho AA).
• O elemento concentrador de dados está na faixa de alcance da transmissão do 
mote.
• O consumo do circuito analógico hipotético para aquisição de dados, incluindo 
alimentação do sensor, é de 10 mA.
• O consumo do mote é o publicado pelo fabricante e por pesquisas feitas com o 
mesmo (POLASTRE, 2004; CROSSBOW, 2006).
Nestas condições, a tabela 2 apresenta os dados de tempo gasto em cada elemento e/ou 
estado do mote e o respectivo consumo. A análise feita também considera fatores indicados 
por trabalhos mais completos sobre simulações de consumo de motes, como (SHNAYDER, 
2004).
23
Tabela 2 Estimativas de consumo de mote Telos
Situação Transmissão Recepção Aquisição Escrita em memória
Em 
dormência
Transição 
para estado 
ativo
Consumo 24 mA 2 mA 10 mA 7 mA 0,005 mA 1,8 mA
Tempo 
(em s por dia) 1,5 1,5 96,0 24,0 86252,9 24,0
Percentual do 
tempo total 0,002% 0,002% 0,11% 0,03% 99,83% 0,03%
Percentual do 
consumo total 2,24% 0,19% 58,45% 10,23% 26,26% 2,63%
Com o conjunto de hipóteses apresentadas, este mote teria duração de 13,2 anos, 
possivelmente superior à duração da pilha proposta por descarga parasita. Este tempo é bom 
para os requisitos de agricultura de longa duração do sistema.
Por estes dados, observa-se que o sistema passará 99,83% do tempo em estado de 
dormência, de baixíssimo consumo, pelas baixas taxas de aquisição supostas. Apesar do 
conjunto das atividades em ativo representar menos de 0,2% do tempo, elas correspondem a 
quase 75% do consumo de energia.
Das hipóteses apresentadas, apenas uma possivelmente está fora da realidade do 
ambiente em agricultura, que é o concentrador estar ao alcance de todos os nós, pois, ou se 
permitiria a cobertura de uma área pequena para os objetivos, ou se exigiria um número muito 
grande de concentradores. Por isto, uma segunda análise foi feita, na qual elementos da rede 
também atuariam como concentradores e retransmissores de dados. A duração do sistema 
seria dada pela duração da bateria do nó com maior carga de roteamento. Foi estimada que a 
maior carga em uma distribuição aproximadamente uniforme dos sensores seria de um nó ter 
que rotear os dados de outros 50. Esta é uma hipótese, a ser validada em trabalho futuro e com 
base nos requisitos apresentados nos próximos capítulos, mas serve como base para analisar o 
impacto da carga de roteamento no consumo dos nós. Assumindo que esta carga afete apenas 
o tempo de transmissão e não os outros fatores, nova análise foi feita e é mostrada na tabela 3.
24
Tabela 3 Estimativasde consumo de mote Telos com roteamento
Situação Transmissão Recepção Aquisição Escrita em memória
Em 
dormência
Transição 
para estado 
ativo
Consumo 24 mA 2 mA 10 mA 7 mA 0,005 mA 1,8 mA
Tempo 
(em s por dia) 76,8 76,8 96,0 24,0 86102,4 24,0
Percentual do 
tempo total 0,09% 0,09% 0,11% 0,03% 99,65% 0,03%
Percentual do 
consumo total 51,22% 4,27% 26,68% 4,67% 11,96% 1,20%
Nestas condições, o consumo médio do sistema sobe e a duração esperada com a 
mesma carga de bateria é reduzida substancialmente para 6 anos. 
A comparação entre os casos mostra que a carga de roteamento imposta a cada nó da 
rede é de grande impacto para o seu consumo total. Possivelmente, em uma rede existirá carga 
de roteamento, não sendo realista uma situação como proposta no primeiro caso em que a 
transmissão de dados tinha um peso muito pequeno sobre o conjunto do consumo. Por outro 
lado, o segundo caso mostra que um simples roteamento, apenas aumentando a carga de 
dados a serem transmitidos, de forma bruta, pode representar uma carga grande, reduzindo em 
muito a vida útil do sistema.
Observa-se também que, independente da carga de comunicação imposta, o consumo 
do circuito analógico ligado diretamente à aquisição dos dados pode ter um impacto grande 
sobre o consumo total.
Por fim, esta análise, mesmo que preliminar, indica que uma solução baseada em 
circuitos como os disponíveis comercialmente no mercado pode atender alguns dos requisitos 
principais para uso em agricultura ou, ao menos, servirem de base para uma solução especial, 
caso alguma das necessidade mostradas no próximo capítulo não possa ser totalmente 
atendida.
2.3.2 Análises de Soluções Publicadas
Diferentes trabalhos publicados apresentam redes de sensores projetadas ou 
implantadas com diferentes características para diferentes aplicações.. Em (RÖMER, 2004) é 
feita uma análise de diversas soluções publicadas, de onde foram obtidos dados de diferentes 
projetos. Neste mesmo artigo existe uma breve descrição de cada aplicação.
25
Com o objetivo de posteriormente comparar estas soluções com os requisitos 
necessários em agricultura, diversos trabalhos publicados foram caracterizados em função das 
dimensões de projeto definidas anteriormente. Esta caracterização é apresentada na Tabela 4.
Para algumas das dimensões propostas, não existe informação para todos os projetos 
apresentados e estas foram omitidas da tabela. Estas dimensões podem ser determinadas e 
comparadas entre projetos feitos, mas não podem ser inferidas se os dados relativos não forem 
disponibilizados pelos autores dos trabalhos.
Tabela 4 Dados de Projetos Publicados
Dimensão Recursos Latência de Co-
municação 
Dinâmica dos 
Elementos da 
Rede
Modelo de Co-
municação
Tamanho da 
Rede
Densidade da 
Rede
Heterogeneidade Utilização/ Posi-
cionamento
Tempo de vida-
útil
Great Duck Caixa de fósforo, 
USD 200 cada
Contínua Estática Por rádio, com 
estações base e 
gateways, 
topologia em 
estrela
Até centenas, 
média 100
Densa, em cada 
toca
Heterogênea com 
vários elementos
Manual uma 
única vez
7 meses
ZebraNet Caixa de fósforo Alta, 
comunicação 
esporádica
Todos elementos 
móveis, passivos
Por rádio, com 
estações base e 
GPS topologia 
em grafo
Dezenas a 
centenas
Densa, em cada 
animal
Nós e gateways Manual uma 
única vez
1 ano
Glacier Tijolo Contínua Todos elementos 
móveis, passivos
Por rádio, com 
estações base, 
GPS e GSM 
topologia em 
estrela
Dezenas a 
centenas (9 
utilizados)
Esparsa Nós e estação 
base
Manual uma 
única vez
Vários meses
Herding Tijolo, USD 1000 
cada
Intermitente Todos elementos 
móveis, passivos
Por rádio, com 
estações base e 
GPS topologia 
em grafo
Até centenas, 10 
utilizados
Densa, em cada 
vaca
Homogênea Manual uma 
única vez
Dias a semanas
Bathymetry Tijolo Contínua Todos elementos 
ocasionalmente 
móveis, passivos
Por rádio, com 
GPS topologia 
em grafo
Até centenas, 6 
utilizados, 50 
planejados
Esparsa a cada 
500m
Homogênea Manual uma 
única vez
Vários meses
Ocean Tijolo, USD 
15000 cada
Intermitente Todos elementos 
ocasionalmente 
móveis, passivos
Por rádio, com 
satélite topologia 
em estrela
1300 utilizados, 
3000 planejados
Esparsa Homogênea Aleatório, 
iterativo
4 a 5 anos
Grape Caixa de fósforo, 
USD 200 cada
Contínua Estática Por rádio, com 
estações base 
topologia em 
árvore
Até centenas, 65 
utilizados
A cada 20 m Sensores, 
gateways e 
estação base
Manual uma 
única vez
Vários meses
Cold Chain Alguns elementos 
caixa de fósforo e 
outros tijolo
Intermitente Sensores ocasio-
nalmente móveis, 
passivos
Por rádio, com 
repetidores 
topologia em 
árvore
Até centenas, 55 
utilizados
Esparsa Heterogênea com 
vários elementos
Manual iterativo Anos
Avalanche Caixa de fósforo Contínua Todos elementos 
móveis, passivos
Por rádio, com 
PDA topologia 
em estrela
Dezenas a 
centenas
Densa Homogênea Manual uma 
única vez
Dias
Dimensão Recursos Latência de Co-
municação 
Dinâmica dos 
Elementos da 
Rede
Modelo de Co-
municação
Tamanho da 
Rede
Densidade da 
Rede
Heterogeneidade Utilização/ Posi-
cionamento
Tempo de vida-
útil
Vital Sign Caixa de fósforo Contínua Todos elementos 
móveis, passivos
Por rádio e infra-
vermelho, HW 
dedicado
Dezenas Densa Heterogênea com 
vários elementos
Manual Dias a meses
Power Caixa de fósforo 
alimentada pela 
rede elétrica
Contínua Estática Por rádio, 
unidirecional 
comunicação em 
camadas
Dezenas a 
centenas
Esparsa Heterogênea com 
vários elementos
Manual iterativo Anos
Assembly Caixa de fósforo, 
EUR 100 cada.
Contínua Todos elementos 
ocasionalmente 
móveis, passivos
Por rádio, HW 
dedicado, 
topologia em 
estrela
Dezenas a 
centenas
Esparsa Diferentes 
sensores
Manual uma 
única vez
Horas
Tracking Caixa de fósforo, 
USD 200 cada
Intermitente Todos elementos 
ocasionalmente 
móveis, passivos
Por rádio, 
topologia em 
grafo
Dezenas a 
milhares, 5 
utilizados
Esparsa Homogênea Aleatório Semanas a anos
Mines Tijolo Contínua Todos elementos 
ocasionalmente 
móveis, ativos
Por rádio, ultra-
som, HW dedica-
do, topologia em 
grafo
Até centenas, 20 
utilizados
Densa Homogênea Manual Meses a anos
Sniper Caixa de fósforo, 
com FPGA, USD 
200 cada
Contínua Estática Por rádio, HW 
dedicado, topolo-
gia em grafo
Até centenas, 60 
utilizados
Densa e 
redundante
Homogênea Manual Meses a anos
28
2.3.3 Outras Possibilidades
Outras informações disponíveis de forma esparsa na bibliografia permitem especular 
sobre outras formas de redes de sensores, principalmente com nós de tamanhos reduzidos. As 
chamadas redes com nós moeda (“coin”) e poeira (“dust”) seriam caminhos para elementos 
pequenos e imperceptíveis, respectivamente.
Para elementos do tamanho de moedas, a eletrônica não possuiria diferenças 
consideráveis em relação a solução do tipo caixa de fósforo, analisada na primeira seção deste 
capítulo. No entanto o armazenamento de energia seria bastante comprometido, pois as 
baterias compatíveis com o tamanho possuem aproximadamente um sexto da capacidade das 
pilhas consideradas na análise anterior. Portanto, sem ganhos no consumo e com redução de 
energia, o tempo de duração seria diretamente afetado.
Já uma aplicação do tipo poeira dependeria da utilização de tecnologia de 
microeletrônica, existente, porém não disponível de forma padrão no mercado. Sensores e 
circuito teriam de ser um sistema único, projetado com finalidade específica. O maior desafio, 
neste caso, parece ser a fonte de energia. A bibliografia propõem como possibilidade a 
obtenção de energia do próprio meio, seja energia solar, de vibração, calor ou qualquer outra 
forma que possa ser aproveitada (RAGHUNATHAN, 2005, SHNAYDER,2004).
Estas possibilidades são tema de diversas pesquisas, mas, por ainda não estarem 
facilmente disponíveis, não serão consideradasno restante deste trabalho.
2.4 Aplicação na Agricultura
A aplicação de redes de sensores sem-fio em agricultura pode permitir a aquisição 
de dados de forma contínua no campo, estando disponíveis ao usuário para a tomada de 
decisões. O tipo de dados a ser coletado, os sensores a serem usados e a forma de utilização 
dos resultados podem ser vários no uso em agricultura. Mas na infraestrutura da rede, algumas 
características comuns são necessárias. Neste capítulo, algumas necessidades impostas pelo 
ambiente de aplicação são discutidas e, ao final, organizadas em função das dimensões de 
projeto apresentadas nos capítulos anteriores.
Os ciclos agrícolas dependem das safras, sendo em muitas regiões do país apenas 
uma por ano. Isto determina que o tempo de duração de um sistema baseado em redes de 
29
sensores deve ter duração compatível com os longos ciclos. Quanto maior o número de safras 
em que for possível usar uma mesma rede, mais fácil será a amortização do investimento. A 
duração deve ser de alguns anos, para que o tempo de duração do sistema não seja fator 
preponderante na definição da utilização do sistema.
A construção dos elementos sensores deve ser robusta, para permitir sua operação 
mesmo expostos ao tempo, em contato com a terra e umidade. O projeto deve usar soluções 
tecnologicamente atuais, para permitir futura miniaturização ou usufruir de avanços que se 
tornem disponíveis.
No cenário agrícola brasileiro, por informações de empresas atuantes no mercado, 
o tamanho das áreas que utilizam tecnologia de ponta, em agricultura de precisão, varia de 
pouco mais de 100 ha até mais de 10000 ha (1 km2 a até mais de 100 km2). Nos trabalhos de 
coletas de dados em campo, feitos de forma manual, são feitas amostragens desde a cada 0,25 
ha a até uma a cada mais de 5 ha, dependendo do tamanho e características da área. Dentro 
destas áreas, são feitas mais amostras, para compor uma média, chamadas de subamostras. 
Isto significa que, em termos de distâncias lineares, são coletados dados aproximadamente a 
cada 10 a 300 m. É necessário que uma rede de sensores permita distâncias de coleta de dados 
similares.
Para as safras agrícolas de 2006/2007 e 2007/2008, prestadores de serviço de 
agricultura de precisão, cobraram, nas diferentes regiões agrícolas do país, de R$ 10 a R$ 40 
por hectare pela coleta de dados geo-referenciada. O valor do serviço inclui a análise das 
amostras em laboratórios e mapas com os resultados. Estes valores foram obtidos em contatos 
diretos com empresas do setor. A rede de sensores pode coletar parte dos dados coletados 
manualmente. Considerando o cobertura de cada nó como 1 ha, duração de 5 anos e 
comparando as operações que podem ser feitas pela rede, para ser economicamente 
competitiva com os serviços prestados, cada nó deve ter preço de mercado inferior a R$ 100. 
Assim sendo, deseja-se que o custo de materiais de cada nó seja em torno de R$ 20. Este 
custo, considerando os elementos básicos dos nós mostrados em 2.1.1 e soluções apresentadas 
na bibliografia é difícil de ser atingido. No entanto, considerando-se a cobertura de cada nó 
como sendo de 3 a 5 ha, dentro da faixa de trabalho de aplicações de agricultura de precisão, é 
viável ter-se o preço para o produtor por hectare na faixa de R$ 100, isto é, custo de materiais 
na faixa de R$ 60 a R$ 100. Se o produtor desejar maior resolução na amostragem, terá de 
provavelmente desembolsar mais.
30
Dependendo da aplicação e do tipo de dado sendo coletado, o período de interesse 
para a amostragem deve variar. É interessante que este tempo possa ser ajustado conforme a 
aplicação. Fenômenos agronômicos são bastante lentos quando comparados a grandezas de 
tempo da eletrônica. Intervalos mínimos da ordem de um minuto são suficientes para taxas de 
aquisições consideradas bastante altas. Já taxas baixas de aquisições podem ser da ordem de 
uma por dia.
Os dados coletados pelos sensores devem estar disponíveis para análise em uma 
estação central ou sede. Estes dados serão usados em momentos específicos, de tomada de 
decisão. A concentração dos dados pode ocorrer em momentos específicos, associada a 
operações agrícolas já executadas. É importante que a coleta de dados dos sensores não 
represente operação de manejo extra, para não incrementar os custos de produção.
Por fim, a instalação da rede deve ser simples, pois a maioria dos trabalhadores do 
meio rural tem pouco ou nenhum conhecimento de informática e eletrônica. Configurações 
devem ser evitadas e quando presentes devem ser o mais simples possível. Para as aplicações 
em agricultura de precisão, é importante que os dados coletados possuam uma 
correspondência espacial. Portanto, de alguma forma, deve existir correlação entre os dados 
provenientes de um sensor e uma localização. Uma forma possível é predeterminando a 
posição de cada nó.
Estas características desejadas, são resumidas em função das dimensões de projeto 
na Tabela 5.
31
Tabela 5 Requisitos para uso em agricultura
Dimensão Descrição
Eficiência Energética Deve ser suficientemente eficiente para permitir os tempos de vida-
útil desejados.
Recursos A maior limitação será de custo, que deve ficar abaixo de R$ 100,00 
em materiais por nó. Não existem restrições significativas para o 
tamanho.
Latência de 
Comunicação 
(Conectividade da 
Rede ou Taxa de 
Comunicação) 
A comunicação contínua, em tempo-real, é desejada, mas não é uma 
necessidade absoluta. Coletas de dados em intervalos maiores, 
associadas às operações da lavoura são aceitáveis.
Freqüência de 
Aquisição
Deve ser possível variar conforme aplicação, indo de uma aquisição 
por minuto a uma por dia.
Dinâmica dos 
Elementos da Rede
Não há restrições, podem ser todos estáticos ou podem haver 
elementos móveis se facilitar o projeto.
Modelo de 
Comunicação
Deve permitir a comunicação nas distâncias estabelecidas. A 
configuração da rede e o modelo de comunicação não são limitados 
pela aplicação.
Distribuição do 
processamento
Não é determinada pelo ambiente de aplicação.
Tamanho da Rede Para permitir a aplicação em áreas grandes que utilizam agricultura 
de precisão com densidades médias, é necessário que a rede 
comporte pelo menos 1000 sensores.
Densidade da Rede Deve ser possível atender as distâncias já utilizadas na coleta de 
dados, sendo possível ter distâncias lineares entre sensores de 10 a 
300 m.
Heterogeneidade Possivelmente praticamente todas redes serão heterogêneas, com 
diferentes tipos de sensores e presença de elementos concentradores 
de dados.
Utilização/Posiciona-
mento 
Deve ser simples, para facilitar o uso do sistema. Deve comportar 
tanto redes com elementos posicionados em posições predefinidas 
como elementos em posições aleatórias.
Autonomia Deve ser de pelo menos uma safra sendo desejável vida-útil de 
alguns anos com taxas de aquisição e distâncias intermediárias nas 
faixas definidas.
Apesar das informações disponíveis sobre os projetos analisados no capítulo 
anterior não serem completas, é possível verificar que nenhum deles atende aos requisitos 
para aplicação em agricultura, principalmente na combinação dos requisitos de duração do 
32
sistema, custo e distância entre os elementos. Entretanto, os requisitos desejados são possíveis 
e estão presentes de forma separada nos projetos analisados.
Além disto, a aplicação em agricultura não é limitada por alguns fatores 
considerados críticos para a maior propagação de redes de sensores. Alguns autores apontam 
a falta de parâmetros de confiabilidade (qualidade de serviço) e segurança como pontos que 
limitam a popularização deste tipo de tecnologia. A qualidade de serviço é crítica para alguns 
tipos de aplicação, principalmente quando comparado a soluções já implementadas, 
tipicamente com comunicação com fios. Em agricultura,este ponto não é crítico, além dos 
ciclos longos, as informações obtidas não são vitais. A segurança também é um aspecto que 
pode ser considerado irrelevante neste contexto. As informações que circularão pela rede não 
possuem interesse para ninguém além da propriedade e, caso seja acessada por outros, não 
causará prejuízo ao usuário da rede.
33
3 EXPLORAÇÃO DO ESPAÇO DE PROJETO DE REDES DE SENSORES
Para projetar um sistema, é importante que o projetista tenha conhecimento sobre 
quais variáveis pode atuar e o impacto das escolhas sobre a solução proposta. Neste sentido, 
neste capítulo é apresentada primeiramente uma análise teórica de alternativas para 
implementação de redes de sensores em agricultura, mostrando em que fase do projeto as 
diferente dimensões do espaço de projeto são definidas. Na segunda parte do capítulo é 
apresentado um modelo matemático para auxiliar nas decisões de projeto.
3.1 ANÁLISE DE ALTERNATIVAS DE IMPLEMENTAÇÃO
Os trabalhos já publicados apresentam diversas alternativas para implementação de 
redes de sensores. Alternativas para os diferentes requisitos analisados no capítulo anterior 
existem. Neste capítulo serão apresentadas análises que conduzem a possibilidades teóricas 
para satisfazer os requisitos.
Para projetar uma rede atendendo aos requisitos, serão tomadas decisões em três níveis 
diferentes. Serão definições conceituais, de implementação e de aplicação. Ao dar a resposta 
ao problema “como coletar os dados em campo” uma concepção será feita, carregando 
consigo uma série de definições conceituais. Ao projetar a solução, outras várias decisões de 
implementação terão de ser tomadas. Por fim, ao usar uma rede para uma aplicação real, 
definições de aplicação terão de ser integradas à solução, estando a rede caracterizada em 
todas as dimensões de projeto.
Analisando as dimensões de projeto e em que momento elas serão definidas em uma 
rede real, tem-se o quadro mostrado na Tabela 6.
Tabela 6 Dimensões de projeto x tipo de definição
Definições Conceituais Definições de Implementação Definições de Aplicação
Heterogeneidade
Modelo de comunicação
Dinâmica da rede 
Taxa de transmissão
Recursos disponíveis no sistema
Eficiência energética
Distribuição do processamento
Freqüência de aquisição 
Densidade da rede
Autonomia
Utilização/Posicionamento
Tamanho da rede
O projeto da rede englobará as definições conceituais e de implementação. Elas se 
diferem, pois, para uma mesma solução conceitual, podem existir diferentes implementações. 
34
As definições de aplicação, idealmente, devem ser deixadas livres, com alguns limites, para o 
usuário final determinar.
Um conjunto de definições conceituais será chamada a seguir de solução. Foram 
pensadas 4 soluções:
1) Rede com sensores que coletam dados e aguardam a passagem de um leitor 
acoplado a alguma máquina passar na lavoura para descarregar os dados. Na 
passagem deste leitor, ocorre uma comunicação por rádio entre sensor e leitor. Não há 
comunicação entre os nós.
2) Rede com sensores que coletam dados e aguardam a passagem de um leitor 
acoplado a alguma máquina passar na lavoura para descarregar os dados. Na 
passagem deste leitor, ocorre uma comunicação na qual o leitor alimenta parte do 
circuito do sensor de forma capacitiva ou indutiva. Não há comunicação entre os nós.
3) Solução híbrida entre a solução 2 e 4. Rede com sensores que coletam dados e 
aguardam a passagem de um leitor acoplado a alguma máquina passar na lavoura para 
descarregar os dados. Na passagem deste leitor, ocorre uma comunicação na qual o 
leitor alimenta parte do circuito do sensor de forma capacitiva ou indutiva. Os 
sensores também possuem capacidade de comunicação entre si por rádio, que pode 
ser usada na ocorrência de eventos que precisam ser informados ao observador 
independente da passagem de máquina. Um tipo de evento pode ser a memória do nó 
estar cheia e não ter leitor para descarregar.
4) Rede com sensores que coletam dados e periodicamente enviam este ao 
observador pela rede. A rede deve ser capaz de rotear estas comunicações por rádio 
entre os nós. 
A taxa de transmissão pode ter alguma variação na implementação ou na aplicação de 
uma das soluções. No entanto, na comparação entre as soluções, esta taxa é bastante diferente 
e por isto foi considerado que ela é definida no conceito da solução.
Cada uma das soluções tem suas necessidades e restrições relativas às decisões de 
implementação.
A Figura 2 representa as definições de projeto de forma esquemática. 
35
Figura 2 Diagrama com opções de implementação 
Cinco dimensões foram deixadas livres para melhor atender as diferentes possíveis 
aplicações. 
36
As duas dimensões mais significativas deixadas livres são a freqüência de aquisição e 
a densidade da rede. A primeira afeta igualmente todas as soluções, pois em todas a coleta do 
dado é alimentada pelo próprio nó. A densidade da rede afeta de forma mais direta as soluções 
3 e 4, pois nestas determinará as distâncias de transmissão e quantidade de pacotes roteados.
A autonomia dos nós é uma dimensão que é livre, mas que será um resultado das 
outras decisões tomadas (possibilidade conceitual escolhida, definições da implementação e 
as duas dimensões anteriores definidas na aplicação).
O tamanho da rede, determinando o número total de nós, em uma análise inicial, não 
terá maior impacto sobre outras dimensões. As definições na implementação irão impor um 
limite máximo teórico para esta escolha, por exemplo, limitando endereçamento da rede.
A forma de aplicação ou instalação da rede, que é uma das dimensões do espaço de 
projeto, também pode ser definida conforme a aplicação, se será manual, em pontos pré-
determinados, ou aleatória. Esta decisão terá algum impacto na forma de programar a rede 
para o início da operação, mas em uma análise também preliminar não terá maior efeito sobre 
as outras dimensões.
A análise apresentada nesta seção, apesar de orientada para a aplicação em agricultura, 
possui generalidade na proposição de 3 tipos de definições nos projetos de redes de sensores: 
conceituais, de implementação e de aplicação. Para outros tipos de aplicações, mesmo que 
não se enquadrem em nenhuma das 4 soluções apresentadas, haverão definições destes 3 
tipos.
3.2 ANÁLISE MATEMÁTICA
Para o projeto de uma rede de sensores, é importante conhecer as relações entre as 
dimensões de projeto. Como na abordagem proposta são consideradas variáveis de todos os 
níveis, não existe na literatura modelo que as relacione. Por isto, foi desenvolvido um modelo 
matemático que relaciona todas estas variáveis.
O modelo proposto considera variáveis de todas as dimensões de projeto identificadas. 
Para o início do trabalho foram identificadas as variáveis desde o nível de rede até do 
hardware e software de cada nó. Foram identificadas 36 variáveis. Um modelo que mostre, 
por exemplo, a influência de definições de implementação de cada nó no comportamento 
global da rede é uma ferramenta importante para tomada de decisões de projeto.
A partir dos tipos de definições apresentados na seção anterior e indicados na Tabela 
6, algumas variáveis mostram-se como constantes de implementação da rede. São exemplos 
37
destas constantes a energia disponível em cada nó, a tensão de alimentação, a velocidade de 
transmissão de dados e o overhead do protocolo de comunicação.
Algumas variáveis importantes são deixadas livres para a aplicação, isto é, para serem 
definidas em função do uso da rede. Foram identificadas 5 variáveis deste tipo: Área a ser 
coberta pela rede, Distância entre dois nós da rede, Distância de transmissão de cada nó, 
Período de amostragem de dados e Período de transmissão de dados.
Pela modelagem feita, 5 variáveis são calculadas: Numero de nós da rede,Potência 
média consumida por cada nó da rede, Autonomia esperada da rede, Carga de roteamento de 
mensagens média de cada nó (dados que um nó deve passar adiante na rede) e Tempo de 
transmissão.
A idéia é que as definições conceituais e de implementação são convertidas em 
constantes ou parâmetros do modelo matemático. Já as definições da implementação são 
variáveis de entrada ou calculadas. O modelo pode ser usado durante a fase de projeto, para 
avaliar o impacto das definições nos parâmetros do modelo quanto posteriormente, na fase de 
aplicação, para auxiliar nas definições de aplicação.
3.2.1 Apresentação do Modelo Matemático
Para definição do modelo, após a identificação das variáveis, as relações matemáticas 
conhecidas entre elas foram colocadas na forma de equações. 
O modelo trabalha em uma condição média da rede. Não tem por objetivo determinar 
o comportamento de um nó específico da rede, muito menos o comportamento individual de 
cada nó da rede.
A potência consumida por um nó foi um dos pontos de partida para o modelo. A 
potência de um nó é soma da potência média (RMS) consumida por cada um dos estágios de 
funcionamento e elementos do nó.
Assim, a potência de um nó é dada por:
P=P comPaqPmemP sleepPwakeP receb (1),
sendo:
P : Potência média total consumida por um nó;
P com : Potência média consumida pela comunicação na transmissão de 
dados;
Paq : Potência média consumida pela aquisição de dados dos sensores;
Pmem : Potência média consumida pela memória não volátil;
38
P sleep : Potência média consumida pelo estado de espera;
Pwake : Potência média consumida na transição para estado ativo;
P receb : Potência média consumida pelo recebimento de dados.
Sabe-se também, pela definição física das variáveis, que:
Aut= E
P (2),
sendo:
E : Energia disponível em cada nó;
Aut : Autonomia de funcionamento do nó, dada pela relação entre 
potência e energia. 
A potencia média (RMS) relativa a um estado é proporcional ao tempo em que o nó 
permanece neste estado e também à potência instantânea consumida quando neste estado. A 
figura a seguir representa a potência consumida por um estado qualquer.
Figura 3 Diagrama ilustrativo do consumo de um estado
Na figura, “T” representa o período de repetição do estado e “t” o tempo em que o nó 
permanece no estado. 
A potência média por um estado “x”, P x , é dada pela equação 3:
P x=∫0
T
P d = p⋅ t
T
 (3).
0
39
A integral da potência em função do tempo, pelo formato apresentado no gráfico, pode 
ser resumida como mostrado, sendo “p”, a potência no estado.
Assim sendo, a potência média nos estados que compõem a potência total no nó 
podem ser expressas da seguinte forma:
Paq=
t aq
T aq
⋅k aq (4),
P r=
t r
T r
⋅k r (5),
sendo:
t aq : Tempo de uma aquisição de dados;
t r : Tempo de recepção;
T aq : Período de aquisição, tempo entre duas aquisições do sensor;
T r : Período de recepção, tempo entre duas recepções;
k aq : Constante referente ao consumo durante a aquisição de dados em W;
k r : Constante referente ao consumo durante a recepção de dados em W.
A potência calculada para a aquisição supõe que cada nó tem controle sobre a 
alimentação dos sensores, sendo estes alimentados apenas no momento da leitura. O consumo 
em espera dos sensores faz parte do consumo total em espera do sistema.
A potência no estado de transmissão também depende do alcance desejado. Pelas 
definições de propagação de ondas eletromagnéticas, a potência é proporcional ao quadrado 
da distância desejada. Existe também um custo energético fixo por se usar a transmissão, 
mesmo que com potência mínima. A potência de transmissão é dada por:
Pcom=
t c
T c
⋅k c⋅d c
2k c min (6),
sendo nesta equação, as variáveis:
t c : Tempo de uma transmissão de dados;
T c : Período de aquisição, tempo entre duas aquisições do sensor;
k c : Constante referente ao consumo durante a transmissão de dados, 
proporcional ao alcance desejado em W/m2;
k c min : Constante referente ao consumo mínimo durante a transmissão de 
dados, mesmo que para distância mínima, correspondente ao custo 
energético para ligar circuito de transmissão em W;
d c : Distância de comunicação, que reflete o alcance da comunicação de 
um elemento da rede.
40
Se todos os nós tem o mesmo período de transmissão, um nó só precisa do mesmo 
período de transmissão para recepção, portanto: 
T r≡T c (7).
Com isto, restam dois períodos independentes, o T c vinculado à comunicação e 
T aq vinculado às aquisições de dados.
A potência média na transição para o estado ativo, Pwake , depende dos períodos das 
ações que demandam acordar, que são a comunicação e a aquisição. Esta potência é expressa 
por:
Pwake=∫0
T c Pwaked ∫0
T aq Pwaked 
Pwake=
twake
T c

twake
T aq
⋅k wake
(8),
sendo:
twake : Tempo de uma transição do estado de espera para o estado ativo;
k wake : Constante referente ao consumo durante a transição de estado em W.
A potência consumida pela memória não-volátil é proporcional à freqüência com que 
esta é gravada. A memória é utilizada para armazenar dados adquiridos ao invés de transmiti-
los. Assim sendo, assume-se neste modelo que, no caso de usar a memória, esta será acessada 
no mesmo período da aquisição de dados. O consumo da memória quando não está sendo 
acessada é considerado como parte do consumo do sistema em espera. A equação:
Pmem=
tmem
T aq
⋅k mem (9),
expressa a potência da memória, sendo:
tmem : Tempo de uma operação de escrita na memória;
k mem : Constante referente ao consumo durante a escrita na memória em W.
Para o cálculo da potência do estado de espera, P sleep , considera-se que o tempo em 
que os nós ficam neste estado corresponde ao tempo em que não se encontram nos outros 
estados. A potência de espera é representada por:
P sleep=1−
t ctrtwake
T c

t aqtmemtwake
T aq
⋅k sleep (10),
sendo:
k sleep : Constante referente ao consumo durante o estado de espera em W.
41
Os períodos T c e T aq podem ser definidos apenas na aplicação. Refletem a 
necessidade de se ter os dados para interpretações e o intervalo desejado entre aquisições. As 
constantes são definidas pela implementação do sistema. 
Já os tempos em cada estado têm comportamentos diferentes. Alguns são função da 
implementação. O tempo twake será uma característica de cada implementação, muitas vezes 
vinculada à arquitetura do microcontrolador, indicando quanto tempo ele leva para passar do 
estado de espera para o ativo. O tempo t aq também será reflexo da implementação, pois 
dependerá do tipo de sensor e sistema de leitura implementados e é o tempo que levará cada 
leitura do sensor.
O tempo tmem é função do tempo necessário para escrever cada byte em memória e 
do número de bytes que serão lidos do sensor e gravados, representado por:
tmem=twbyte⋅tamaq (11),
sendo:
tw byte : Tempo para escrita em memória por byte;
tamaq : Tamanho de uma aquisição do sensor em bytes.
Outros são mistos, função da implementação e da aplicação.
O tempo de transmissão na comunicação depende da velocidade de comunicação e de 
quantidade de dados a serem transmitidos, matematicamente:
t c=
tamPAC
V tx
⋅kerr⋅k prot (12),
sendo:
V tx : Velocidade de transmissão em bits por segundo;
tamPAC : Tamanho de um pacote de dados a ser transmitido em bits;
k err : Constante proporcional a taxa de erros presente nas transmissões, 
representando a necessidade de retransmissões. Se igual a 1 
representa o caso ideal, sem erros;
k prot : Constante proporcional ao overhead gerado pelo protocolo de 
comunicação com mensagens que não transmitem dados. Por 
exemplo, mensagens para identificação e manutenção de rotas.
O tempo em que um nó tem que ficar recebendo é igual ao tempo necessário para 
receber todos os bytes que ele tem que passar adiante. Também tem influência os erros de 
transmissão e o overhead do protocolo. O tempo de recepçãoé dado por:
42
t r=
C rot
V tx
⋅k recep2⋅k err⋅k prot (13),
sendo:
C rot : Carga de roteamento. Carga em bits imposta a um nó pelo 
roteamento de mensagens de outros nós da rede;
k recep2 : Constante multiplicativa proporcional ao tempo em que os nós terão 
que ficar aguardando sincronismo para receber mensagens.
A carga de roteamento é difícil de se estimar sem maior conhecimento dos protocolos 
usados. Para modelar, de uma forma que possa ser usada com diferentes protocolos, algumas 
considerações genéricas são feitas. Todos elementos da rede são considerados roteadores em 
potencial.
Cada ponto da rede terá uma carga diferente, dependendo da sua posição na rede. A 
carga considerada é uma carga média da rede. Os dados de um nó distante do concentrador de 
dados da rede terão que ser retransmitidos por um caminho mais longo. Cada retransmissão é 
denominada um salto (do inglês, “hop”). Um parâmetro para estimar a carga de roteamento da 
rede é saber o número médio de saltos pelos quais as mensagens tem que passar na rede.
O número médio de saltos é proporcional ao tamanho da rede e inversamente 
proporcional à distância entre nós. Quanto maior o número de nós da rede, assumindo uma 
distribuição regular, mais saltos existirão. Por outro lado, quanto maior o alcance de 
comunicação dos nós, menor o número de saltos, pois as mensagens poderão percorrer 
distância maior em cada salto. Desta forma, a equação: 
N h=k rot⋅
R
d c
(14),
indica o número de saltos médio dos dados na rede, sendo:
N h : Número de saltos médio dos dados na rede;
k rot : Constante de acerto de unidades.
A carga de roteamento é definida como proporcional ao número médio de saltos em 
cada nó. Esta carga também é proporcional à quantidade de dados de cada aquisição dos 
sensores da rede. A taxa de comunicação de dados indica a proporção entre o período de 
aquisição de dados e o período de comunicação. Indiretamente, indica dados de quantas 
aquisições são transmitidas a cada vez. A equação matemática é: 
43
c=
T aq
T c
(15),
C rot=
tamaq
c
⋅N h (16),
sendo:
c : Taxa de comunicação de dados;
tamaq : Tamanho em bits de uma aquisição de dados.
Com estas definições já feitas, pode-se definir o tamanho dos pacotes de dados da 
transmissão. Cada pacote tem um overhead característico do protocolo, por questões como 
endereçamento, cabeçalho, conferência de erros e outros. O pacote também transmite os 
dados adquiridos no período desde a última transmissão e a carga de roteamento, isto é, os 
dados dos outros nós que devem ser retransmitidos. A equação:
tamPAC=tamoverhead protocolo
tamaq
c
C rot (17),
representa estas relações, sendo:
tamoverhead protocolo : Tamanho em bits do overhead de protocolo em cada pacote de 
dados.
A distância entre os nós da rede é proporcional à área a ser coberta pela rede e 
inversamente proporcional ao número de elementos na rede:
d ∝ A
R .
Fazendo uma distribuição regular, com nós eqüidistantes e formando células, tem-se 
que a área coberta por cada nó é aproximadamente um círculo com diâmetro igual à distância 
entre dois nós. Analisando graficamente, a distribuição, percebe-se que é possível aproximar a 
área de cada célula por um hexágono, cobrindo totalmente a área, como mostrado na Figura 4. 
O cálculo considerando a área de círculos, deveria considerar sobreposições.
44
Figura 4 Diagrama de distribuição regular de nós em uma área hipotética
A área de cada hexágono pode ser representada em função da distância “d” entre nós:
Ahex=
d 2⋅3
2⋅3
(18).
Considerando que a área total será distribuída entre os elementos da rede, tem-se:
d 2⋅3
2⋅3
= A
R
e R=A 2⋅3
d 2⋅3
(19),
sendo:
A : Área coberta pela rede;
d : Distância entre dois nós da rede;
R : Número de nós da rede.
Com o conjunto de equações apresentado, 5 variáveis são independentes. Estas 
variáveis podem ser definidas para aplicação e pelo usuário, sendo os dados de entrada para o 
modelo. Estas variáveis são:
A ; d ;d c ;T aq ;T c .
Cinco variáveis são resultados das equações, sendo calculadas pelo modelo. São elas:
R ; P ; Aut ;C rot ; t c .
Diversas variáveis são definidas pelo projeto da rede. Podem ser consideradas 
constantes de implementação e portanto parâmetros do modelo. Os parâmetros são:
t aq ; tamaq; E ;V tx ; twake ;k rot ;k sleep ;k wake ; tw byte ;k recep2 ;
k mem ;k aq ; k r ; kc ; kc min ; tamoverhead protocolo ; tammem ;k err ;k prot
.
As demais variáveis são passos intermediários do modelo. 
45
3.2.2 Exemplos de Potencial do Modelo Matemático
A partir do modelo matemático apresentado, foram feitos testes e suposições para 
experimentar o potencial do modelo. Como feito na seção 2.3.1, foi utilizado como referência 
o mote TelosB. Foram utilizados dados da bibliografia sobre esta arquitetura (POLASTRE, 
2004; CROSSBOW, 2006), dados dos componentes utilizados (TEXAS INSTRUMENTS, 
2006a, TEXAS INSTRUMENTS, 2006b ) e necessidades da aplicação apresentados nos 
capítulos anteriores.
Para melhor visualizar o impacto de decisões sobre diferentes variáveis do espaço de 
projeto, optou-se por elaborar gráficos das equações do modelo. O conjunto de gráficos 
permite observar o espaço de projeto de forma mais ampla do que fazendo testes sobre 
conjuntos específicos de decisões. 
Para iniciar, a Figura 5 mostra o tamanho da rede, em número de nós, necessário para 
cobrir 3 diferentes tamanhos de áreas (0,1 km2, 1 km2 e 10 km2 ) em função da distância entre 
os nós em metros. O gráfico mostra o forte crescimento no número de nós necessários quando 
a distância desejada entre eles é reduzida.
Figura 5 Número de nós necessários para compor a rede em função da distância entre nós para 
3 tamanhos de áreas
Seguindo em busca de informações menos triviais, foi analisado o comportamento de 
predição da autonomia de funcionamento da rede, variável que reflete todo o conjunto de 
definições sobre a implementação. Foi analisada a variação da autonomia em função da 
distância entre nós para os mesmos 3 tamanhos de área anteriores. O resultado é mostrado na 
Figura 6.
46
Figura 6 Autonomia da rede em dias em função da distância entre nós para 3 tamanhos de áreas
Na primeira análise, o modelo aponta uma influência muito mais importante da 
distância entre nós para as áreas menores, atingindo um valor máximo para distâncias 
relativamente pequenas e depois mantendo-se estáveis, com ligeira tendência de queda da 
autonomia à medida que a distância aumenta. A maior área apresentou um comportamento 
diferente, mantendo uma tendência de crescimento da autonomia com o aumento das 
distâncias. Este resultado foi totalmente inesperado e contrário à espectativa intuitiva, de que 
a autonomia seria menor para distâncias maiores, já que a potência necessária para estas 
transmissões é maior.
Para compreender este resultado, que inicialmente demonstrou-se incoerente, foram 
feitas outras análises. A primeira a dar respostas, foi a ampliação do horizonte de análise para 
as distâncias, indo além da faixa de distâncias esperadas para a comunicação entre os nós. A 
Figura 7 mostra a extrapolação do gráfico anterior, analisando para uma distância hipotética 
de comunicação até 1000 m, superior ao esperado para a aplicação e possibilidades relatadas 
na bibliografia.
47
Figura 7 Autonomia da rede em dias em função da distância entre nós para 3 tamanhos de áreas 
com extrapolação da distância
Com esta visualização da situação, percebe-se que, para distâncias maiores que as 
analisadas anteriormente, o comportamento previsto condiz com o esperado. A autonomia é 
reduzida com o aumento da distância entre nós, refletindo o aumento do consumo pela 
transmissão a maior distância. No entanto, para distâncias menores, que